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Bien que cette année ait été difficile pour la plupart des domaines scientifiques, l' âge d'or des neurosciences a continué de prospérer à un rythme accéléré tout au long de 2020. En particulier, de nombreuses percées de type science-fiction ont été réalisées pour cartographier notre cerveau, des développements majeurs pour améliorer la santé humaine. dans la vieillesse et l’aube d’une nouvelle ère de neurosciences basées sur l’IA. Jetons un coup d'œil à 9 des principales découvertes en neurosciences de l'année dernière.
Plus tôt cette année, les scientifiques du MIT ont développé une nouvelle technique permettant d'associer la cartographie structurelle (anatomie du cerveau) à la cartographie fonctionnelle (comment le cerveau se comporte) - c'est la première fois que cela est correctement réalisé. De plus, cela a été réalisé sur des souris vivantes, la cartographie étant réalisée en temps réel dans les régions du cerveau de la souris. Cette vidéo donne une idée de la façon dont il est fascinant de voir le couplage des structures cérébrales et de l'activité réelle changer en réponse à différentes images présentées à une souris.
la microscopie à trois photons de génération de troisième harmonique ( THG la cartographie rétinotopique , permettant d'observer l'activité à travers les tissus cérébraux profonds via des signatures électriques.
Il offre également une résolution étonnante, permettant d’étudier les neurones individuels et leurs sous-structures, ainsi que les vaisseaux sanguins fins et la myéline – une sorte d’isolant connu pour être un facteur critique dans la vitesse de traitement du cerveau.
Cette étude s’est concentrée sur les centres visuels du cerveau, mais la même méthode peut être utilisée pour étudier d’autres régions. Il promet d’être un outil puissant pour comprendre les différences entre les états cérébraux sains et malades, ainsi que la manière dont le cerveau réagit à la stimulation environnementale.
L'Université de Stanford a réalisé une avancée majeure grâce à une nouvelle de microscopie bifocale appelée COSMOS . Leurs travaux ont capturé des films d’activité neuronale dans l’ensemble du cortex cérébral d’un cerveau de souris.
Ces signaux ont été enregistrés essentiellement en filmant le cerveau sous trois angles différents, puis en extrayant informatiquement les signaux pour fournir une vidéo en direct de l'activité macroscopique sur les hémisphères gauche et droit. Voici un échantillon où vous voyez littéralement la remarquable tempête électrique d’un vrai cerveau en action.
Alors que le cortex gère des fonctions cognitives complexes de niveau supérieur, des comportements plus mystérieux tels que les processus de prise de décision peuvent désormais commencer à être décryptés de manière globale. Par exemple, pour comprendre la relation entre les décisions dépendant de la perception sensorielle et de la fonction motrice (pensez à ce qu'implique le fait de décider dans quelle direction éviter une voiture venant en sens inverse).
Les chercheurs s'attendent également à ce que COSMOS soit une méthode peu coûteuse pour tester les effets des médicaments psychiatriques, afin qu'ils puissent être développés pour être plus efficaces sur le plan fonctionnel.
Comme nous l'avons expliqué dans un blog précédent Deep Mind de Google a été réalisée en imitant les colonnes néocorticales de l'esprit humain. Cela a conduit à une intelligence considérablement accrue en utilisant une fraction de la puissance de calcul. En conséquence, cette IA modélisée par l'homme a désormais surpassé les meilleurs joueurs d'échecs, de Go, puis d'eSports au monde dans leurs propres jeux.
Bien qu’il ne soit pas entièrement compris, le sommeil remplit une fonction essentielle pour le cerveau des mammifères et des humains, avec de graves problèmes survenant chaque fois qu’un manque de sommeil est enduré. Cette année, le laboratoire national de Los Alamos a découvert que les réseaux informatiques des systèmes d'IA souffrent également d'une sorte de privation de sommeil, devenant instables lorsqu'ils fonctionnent pendant de longues périodes sans repos. Pourtant, lorsqu’ils sont placés dans un état de réseau similaire aux ondes cérébrales que nous ressentons pendant le sommeil, les performances optimales ont été restaurées.
Cela peut ne pas sembler si grave, mais les progrès de l’IA sont susceptibles de transformer notre façon de vivre. Les résultats suggèrent également que la fusion des disciplines des neurosciences et du domaine de l’IA pourrait donner naissance à une nouvelle ère d’ordinateurs super intelligents.
Un minuscule dispositif cérébral a été utilisé pour améliorer la qualité de vie des patients atteints de paralysie sévère des membres supérieurs causée par une maladie des motoneurones. Réalisé à l'Université de Melbourne, cet essai a implanté la nouvelle microtechnologie dans le cerveau des participants.
Le dispositif appelé Stentrode™ a été inséré par chirurgie en trou de serrure dans le cou, puis déplacé dans le cortex moteur via les vaisseaux sanguins. Cette méthode mini-invasive évite les risques associés et les complications de récupération liés à la chirurgie à cerveau ouvert.
L'implant utilise la technologie sans fil pour relayer une activité neuronale spécifique dans un ordinateur, où elle est convertie en actions basées sur les intentions des patients. Étonnamment, cette petite puce a permis aux patients d'effectuer des actions comme cliquer et zoomer, et d'écrire avec une précision de 93 %, les aidant ainsi à faire des choses que nous tenons pour acquises comme envoyer des SMS, envoyer des e-mails et faire des achats en ligne.
Il est encore très tôt, mais la nature peu invasive du traitement montre le grand potentiel des micro-neurotechnologies pour aider les personnes souffrant de toutes sortes de déficiences cognitives.
En 2018, nous avons signalé que des scientifiques avaient appris à reprogrammer des cellules souches en neurones spécifiques. Cette année, des chercheurs de quatre universités américaines différentes ont fait un pas de plus vers le Saint Graal de la prolongation de la vie. En identifiant des réseaux de gènes qui régulent la régénération cellulaire, ils ont pu manipuler des cellules normales pour les transformer en cellules progénitrices , qui peuvent se transformer en n'importe quel type de cellule pour remplacer les cellules mourantes.
Leur preuve de concept a été réalisée avec des cellules gliales de poisson zèbre, les convertissant efficacement en cellules souches qui ont ensuite détecté et restauré les cellules rétiniennes endommagées pour récupérer une vision altérée.
La mort cellulaire, ou apoptose , joue un rôle important dans le vieillissement naturel inévitable chez l'homme. Les chercheurs pensent que le processus de régénération des neurones du cerveau sera similaire. En cas de succès, cela aura de vastes implications pour des maladies telles que la maladie d'Alzheimer, où de grandes régions du cerveau peuvent être perdues à cause de la mort des neurones. Il peut également jouer un rôle dans la prévention des nombreux effets secondaires du vieillissement naturel du cerveau, permettant ainsi de vivre plus longtemps et en meilleure santé, en pleine forme jusqu'à un âge avancé.
Plutôt que de remplacer les cellules mourantes, les scientifiques de l'Université de Heidelberg ont identifié des processus clés impliqués dans la mort des cellules cérébrales, appelés neurodégénérescence . Il s’agissait de découvrir le processus par lequel l’absorption cellulaire du glutamate empêche la mort cellulaire chez les personnes en bonne santé, mais devient inactive dans un état pathologique comme un accident vasculaire cérébral, où l’apport d’oxygène aux cellules cérébrales devient restreint.
En effet, cela conduit les cellules à se suicider simplement parce qu’elles ne reçoivent pas les signaux chimiques corrects pour leur dire de rester en vie. Les chercheurs ont ensuite développé une classe spéciale d'inhibiteurs capables d'intervenir et de désactiver le « complexe de la mort » cellulaire avant qu'il ne se produise.
Les inhibiteurs se sont révélés très efficaces pour protéger les cellules nerveuses, ce qui devrait conduire à une nouvelle classe d'options de traitement pour les maladies neurodégénératives.
Des chercheurs de l'Université d'Aarhus ont utilisé des techniques avancées d'imagerie TEP et IRM pour révéler que la maladie de Parkinson est en réalité l'une ou l'autre de deux variantes différentes de la maladie .
Dans une variante, la maladie commence dans les intestins et se propage ensuite au cerveau via les connexions neuronales. Dans l’autre, cela commence dans le cerveau et se déplace ensuite vers les intestins et d’autres organes. Cette vidéo donne un excellent aperçu.
Bien qu'il ne soit pas curatif, il s'agit d'un pas majeur dans la bonne direction pour pouvoir identifier l'apparition précoce d'une maladie nécessitant des mesures préventives. Par exemple, cela peut conduire à des traitements qui empêchent même la maladie de pénétrer dans le cerveau, où les effets deviennent alors débilitants avec le temps. C'est également une autre pièce clé du puzzle des puissantes symbioses entre nos intestins et notre esprit, connues scientifiquement sous le nom d' axe intestin-cerveau .
Des scientifiques de l’Université de Cambridge et de l’Imperial College de Londres ont développé un nouveau type d’algorithme d’IA capable de détecter, différencier et identifier différents types de lésions cérébrales à partir de données tomodensitométriques topographiques.
Les tomodensitogrammes collectent une énorme quantité de données dont l'analyse peut prendre des heures aux experts, et cela doit inclure l'évaluation collective de plusieurs examens au fil du temps afin de suivre les trajectoires de guérison ou la progression de la maladie. Ce nouvel outil d’IA semble mieux que les experts humains pour détecter de tels changements, tout en étant beaucoup plus rapide et moins cher.
Par exemple, leurs recherches ont montré que le logiciel était très efficace pour quantifier automatiquement la progression de plusieurs types de lésions cérébrales, aidant ainsi à prédire quelles lésions deviendraient plus volumineuses. L’application innovante de ce type d’IA pour faciliter l’analyse humaine sera probablement la première d’une longue série qui transformera le diagnostic médical de manière rentable.
Les super-âges sont des individus dont les capacités cognitives sont bien supérieures à celles de leurs pairs âgés, conservant leurs capacités mentales de jeunesse jusque dans les années 70 et 80. Jusqu'à présent, le secret pour conserver la forme de leurs pics était peu compris.
L'hôpital universitaire de Cologne et le centre de recherche Juelich ont découvert une différence essentielle dans leur biologie . À l’aide de TEP, ils ont révélé que les personnes super-âgées présentaient une résistance nettement accrue aux tau et amyloïdes . Jusqu’à ces dernières années, ces protéines se sont révélées difficiles à étudier.
Les super-âges ont également des niveaux plus faibles de pathologie tau et amyloïde, ce qui conduit à divers types de neurodégénérescence chez la plupart des gens au cours de leurs dernières années. Il a maintenant été identifié qu'une résistance réduite à l'accumulation de tau et d'amyloïde est un facteur biologique principal de perte de forme cognitive maximale.
De nouvelles recherches peuvent se concentrer sur ces processus afin de trouver des moyens de guérir éventuellement le déclin mental en général, ainsi que de contribuer au développement de traitements thérapeutiques pour protéger contre les formes de démence déjà présentes.
Nous espérons que vous avez trouvé ces points forts en neurosciences intéressants. Si vous souhaitez en savoir plus sur le rythme remarquable des progrès en neurosciences, lisez également nos blogs sur les faits marquants des trois années précédentes.
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